裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)的研究

王潤澤　丁強(qiáng)　胡傳正

摘 要：裝載機(jī)在雨雪天氣、路面泥濘的情況下進(jìn)行作業(yè)時(shí)，輪胎容易打滑而造成一定的安全問題。設(shè)計(jì)開發(fā)了裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)，通過安裝于駕駛室內(nèi)的限扭開關(guān)激活裝載機(jī)防滑限扭模式，駕駛員可根據(jù)當(dāng)前路況的泥濘程度及裝載機(jī)打滑情況手動(dòng)調(diào)節(jié)電位計(jì)電壓來設(shè)置最大輸出扭矩，系統(tǒng)根據(jù)變矩器扭矩與變速箱檔位信息自動(dòng)計(jì)算輪胎實(shí)際扭矩，當(dāng)輪胎實(shí)際扭矩大于設(shè)定的最大輸出扭矩時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)減小油門信號(hào)，降低輪胎輸出扭矩，從而減少或避免輪胎打滑現(xiàn)象的發(fā)生，保障裝載機(jī)作業(yè)的安全。

關(guān)鍵詞：裝載機(jī);防滑控制;作業(yè)安全

裝載機(jī)主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料。裝載機(jī)在雨雪天氣、路面泥濘的情況下進(jìn)行循環(huán)作業(yè)時(shí)很容易出現(xiàn)輪胎打滑的情況，而在裝載機(jī)作業(yè)過程中出現(xiàn)輪胎打滑會(huì)嚴(yán)重影響裝載機(jī)的作業(yè)安全，降低裝載機(jī)的施工效率。裝載機(jī)長時(shí)間處于打滑工作狀態(tài)下對(duì)車輛的輪胎使用壽命會(huì)造成很大的影響[1]。

為了提高裝載機(jī)在易打滑路面的作業(yè)安全性、保障駕駛員的人身安全、有效減少輪胎因打滑造成的快速磨損、提高裝載機(jī)作業(yè)效率，文章通過對(duì)裝載機(jī)車輪打滑時(shí)車輛狀態(tài)信息的研究，開發(fā)適用于裝載機(jī)作業(yè)防滑控制系統(tǒng)的解決方法。

1 ? ?裝載機(jī)防滑技術(shù)介紹

車輛防滑技術(shù)能夠極大地保障車輛行駛的安全性，該技術(shù)伴隨著汽車智能化控制技術(shù)的發(fā)展而不斷更新?lián)Q代。汽車防滑技術(shù)主要和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩與車輪所受的驅(qū)動(dòng)力有關(guān)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩可以通過發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）獲取，車輪所受的驅(qū)動(dòng)力與路面的狀況息息相關(guān)[2]。裝載機(jī)作為一種特殊的汽車，因其作業(yè)工況的特殊性，對(duì)于整車防滑控制技術(shù)就會(huì)有更加特殊的需求。

裝載機(jī)在雨雪路滑的情況下進(jìn)行施工時(shí)極易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，此時(shí)，駕駛員基本上依靠剎車制動(dòng)。長時(shí)間通過剎車制動(dòng)，當(dāng)路面與輪胎間的摩擦系數(shù)較低時(shí)，很容易出現(xiàn)剎車打滑，對(duì)裝載機(jī)施工過程會(huì)造成安全隱患，嚴(yán)重影響駕駛員及裝載機(jī)的安全，采用這種制動(dòng)方式對(duì)裝載機(jī)輪胎的使用壽命影響也很大。

通過在易打滑路面工作中的裝載機(jī)工況信息的采集，在智能控制系統(tǒng)中，控制器依據(jù)駕駛員設(shè)定的防滑控制輸出扭矩，整車控制系統(tǒng)能夠減少扭矩輸出，從而可以避免或減少輪胎持續(xù)打滑現(xiàn)象的發(fā)生。

2 ? ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)包括限扭開關(guān)、電位計(jì)、控制器、變速箱自動(dòng)變速箱控制單元（Transmission Control Unit，TCU）、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、油門踏板構(gòu)成，其中控制器與限扭開關(guān)、電位計(jì)、變速箱TCU、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、油門踏板相連，控制器接收限扭開關(guān)、電位計(jì)、油門踏板、變速箱檔位與變矩器扭矩的信號(hào)來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

控制器作為裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)的核心控制單元，具有多路不同類型的輸入輸出接口，其中限扭開關(guān)接入數(shù)字量接口，電位計(jì)、油門踏板接入模擬量接口，變速箱TCU與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通過控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）總線與控制器連接。限扭開關(guān)為多檔位的旋鈕開關(guān)，可以根據(jù)控制需要在不同的檔位處設(shè)定不同的控制模式。電位計(jì)為單圈電阻，通過旋轉(zhuǎn)電位計(jì)可以設(shè)定裝載機(jī)輸出的最大扭矩值。油門踏板可以用來控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，本系統(tǒng)通過控制器讀取油門踏板的信號(hào)，根據(jù)裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)的要求，控制器通過CAN總線控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 ? ?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)的防滑控制系統(tǒng)，根據(jù)裝載機(jī)在濕滑工況下的狀態(tài)信息，設(shè)計(jì)裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)主要包括以下步驟。

（1）駕駛?cè)藛T根據(jù)當(dāng)前裝載機(jī)作業(yè)環(huán)境判斷是否易打滑，當(dāng)裝載機(jī)要在雨雪及泥濘環(huán)境等易打滑路面工作時(shí)，駕駛員通過限扭開關(guān)激活裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng);（2）裝載機(jī)防滑系統(tǒng)激活后，控制器通過CAN總線讀取到變速箱內(nèi)部變矩器的扭矩T變以及檔位信息（即當(dāng)前檔位的傳動(dòng)比i），然后控制器通過計(jì)算可得到輪胎上的實(shí)際扭矩T實(shí)際。（3）駕駛?cè)藛T根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)電位計(jì)P的輸出電壓，以此來設(shè)置輪胎的最大輸出扭矩T設(shè)定，將輪胎的實(shí)際輸出扭矩T實(shí)際作為反饋與輪胎所設(shè)置的最大輸出扭矩T設(shè)定進(jìn)行比較，運(yùn)用比例-積分-導(dǎo)數(shù)（Proportion-Integral-Derivative，PID算法進(jìn)行處理，得到的差值（T實(shí)際-T設(shè)定）通過CAN總線調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門信號(hào)的大小來防止輪胎繼續(xù)打滑。裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)的控制流程如圖2所示。

裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)通過安裝于駕駛室內(nèi)的限扭開關(guān)激活該系統(tǒng)，駕駛員可以根據(jù)裝載機(jī)作業(yè)路況的泥濘程度及裝載機(jī)打滑情況手動(dòng)調(diào)節(jié)電位計(jì)電壓來設(shè)置最大輸出扭矩，控制器根據(jù)變矩器扭矩與變速箱檔位信息自動(dòng)計(jì)算輪胎輸出扭矩，當(dāng)出現(xiàn)輪胎實(shí)際扭矩大于輪胎設(shè)置扭矩的情況時(shí)，控制器自動(dòng)減小油門信號(hào)、降低輪胎輸出扭矩。

4 ? ?結(jié)語

裝載機(jī)防滑控制系統(tǒng)可以有效避免裝載機(jī)施工過程中的輪胎打滑現(xiàn)象，提高了裝載機(jī)作業(yè)的安全性，保證了駕駛員的人身安全，還可以延長輪胎的使用壽命，除此之外，也節(jié)省了因扭矩過大發(fā)生打滑現(xiàn)象引起的燃油損問題。裝載機(jī)作為使用比較廣泛的土石施工機(jī)械，市場競爭激烈，裝載機(jī)作業(yè)過程的防滑技術(shù)作為裝載機(jī)智能化水平的重要環(huán)節(jié)，可以有效地提高市場的競爭力。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉艷，陳燕峰，吳躍成，等.客車盤式制動(dòng)器溫度場仿真分析[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2017（3）：389-393.

[2]岳驚濤.越野汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制邏輯與算法研究[D].天津：天津大學(xué)，2005.

作者簡介：王潤澤（1986— ），男，山東棗莊人，工程師，碩士;研究方向：工程機(jī)械電控系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用。